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番外 第三次单位战争

    (准备很久的一个番外,希望能得到大家一张月票)

    1975年10月23日上午,美国国家档案馆的阅览室里。

    法国的科学史家勒内·塔通与德国斯图加特大学科学技术史教授阿明·赫尔曼坐在同一张桌子的两端。

    工作人员把第一批复印件放到桌上时,两个人同时伸手,想翻开最上面的那一页。

    那是一张写于1882年的实验室日常记录,也是整批档案目录中被标注得最醒目的一份。

    两只手同时落在纸页上,两人互相瞪着对方,谁也不肯退让。

    工作人员看了看勒内·塔通,又看了看阿明·赫尔曼,伸手把复印件抽了出来,很快又复印了一份,分别摆到两个人面前。

    哪怕过了半个世纪,法国和德国在频率单位的名称上谁也不肯退让,到了档案正式公开的这一天,打开它也要争谁先谁后。

    文件原本属于「巴黎联合电气实验室」,由莱昂纳尔·索雷尔创立,创始人包括尼古拉·特斯拉、亨利·庞加莱和皮埃尔·居里。

    1940年德军占领巴黎以后,实验室的大部分重要仪器和正式报告已经转移。

    但仍然有数十箱日常记录、私人笔记、会议纪要和早期草图,因为贝当投降太快,来不及全部带走。

    德国军方将它们运回国内,希望从中寻找法国在高频电流、无线通信和远距离传播方面的技术资料。

    德国战败以后,这批档案又被美军从德国仓库中找到,随后送到美国。

    法国政府多次要求归还,美国方面则以军事审查、档案整理和所有权争议为理由,迟迟没有全部开放。

    直到1975年,这批文件中被认为已经过时的一部分才解除保密,各国记者从一周以前便开始聚集在华盛顿。

    媒体关心的并不只是档案里面究竟有什么不可思议的先进科技,也不只是美国为何把法国档案保存了三十年。

    他们真正等待的是一个已经争论了近百年的问题:频率的国际单位,究竟应该叫作庞加莱,还是赫兹?

    一庞加莱与一赫兹在数值上没有任何区别,都是每秒完成一次周期变化。

    唯一的区别是:法国主导的国际标准体系使用庞加莱,符号是Pn;德国则坚持使用赫兹,符号是Hz。

    两个单位完全相等,却分别出现在不同国家的教科书、电气设备和工程图纸上。

    法国制造的设备标着“20MPn”,德国设备也会在相同位置写“20MHz”。

    两国企业向使用对方标准的第三国出口设备时,合同往往必须专门注明:1 Pn等于1 Hz,本文件中的数值无需换算。

    全世界都在这两套名称之间反复摇摆。

    使用法国电气系统的行业倾向于Pn,与德国精密仪器和重工业关系密切的企业则继续使用Hz。

    一些国际会议为了避免争执,干脆恢复“每秒周期数”这种冗长写法。

    这场争论的起点,可以追溯到十九世纪八十年代。

    海因里希·赫兹基于自己在1886年偶然看到的现象,在德国完成了电磁波的系统实验,并在1887年将结果发表。

    德国学界据此认为,赫兹把麦克斯韦的数学预言变成了能够公开验证的物理事实,他的名字理应成为频率单位。

    法国则握有另一套证据。

    早在赫兹发表以前数年,亨利·庞加莱已经把巴黎联合实验室的多项研究,以密封文件的形式交给法国科学院保管。

    文件后来开启,证明庞加莱、尼古拉·特斯拉和皮埃尔·居里在更早的时间里已经生成、接收并研究了相关电磁现象。

    一战结束后,法国凭借战胜国地位、电气工业优势,推动国际电工界采用“Pn”作为频率单位,但德国始终拒绝接受。

    德国学者认为密封文件只能证明几人只是观察到了某些现象,无法证明他们当时已经理解那就是麦克斯韦预言的电磁波。

    在德国人看来,科学发现必须发表,必须允许同行重复,也必须清楚说明自己发现了什么。

    巴黎实验室为了商业专利,长期隐瞒成果,赫兹却把完整的实验方法和结论交给了整个科学界。

    法国人的回答同样直接:

    保密会影响成果的传播,却不会把已经完成的发现变成没有发生,何况巴黎实验室的研究范围远远超过一次偶然火花。

    正因为有庞加莱建立理论、特斯拉设计发射系统、皮埃尔·居里改进接收和测量手段,法国才能拥有长达二十年的技术优势。

    一个德国人在实验室中首先公开证明了电磁波,不等于德国可以独占整个频率单位。

    德国学者则表示,哪怕法国拥有技术优势,也不等于法国可以利用技术霸权和战胜国的傲慢,推翻科学命名的规则!

    法国科学院的密封文件证明了庞加莱递交发现的日期,却没有完整展示他们的研究是怎样一步步发展起来的。

    德国人因此一直怀疑,正式备案中的许多理论解释,是不是在那场惊心动魄的演示以后经过整理才补充进去的。

    尤其是莱昂纳尔·索雷尔在其中扮演的角色,长期缺乏直接材料。

    法国的传记和回忆录普遍声称,联合实验室最初研究电磁波,来自莱昂纳尔近乎不可思议的科学直觉。

    他不是物理学家,却经常向庞加莱、特斯拉和居里提出一些古怪问题,比如:

    “电是否一定要沿着铜线传播?”

    “光和声音可以穿过空气,电为什么不可以?”

    “两个远隔一段距离的线圈,能不能像两架调到同一节拍的钟一样互相响应?”

    这些说法主要来自实验室成员晚年的回忆,但德国学者认为,人在成名以后,身边总会出现许多过于离谱的传言。

    后人知道那是电磁波,自然容易把莱昂纳尔当年的闲谈解释成天才的预言。

    两国的代表在1930年的国际电工委员会大会上进行长达两周的争吵,又在1960年的国际度量衡大会上吵了两周。

    虽然两次争吵的结果和两次世界大战的结果一样,法国都取得了胜利,但德国并没有屈服,仍然在不断申述。

    法国缺少的,正是1882年留下的原始日常记录;但如今,这些记录摆在了勒内·塔通和阿明·赫尔曼面前。

    最先公开的文件不像庞加莱提交科学院的正式报告那样满是科学术语,只是实验室助手记录的一次普通来访。

    1882年春季的一天下午,莱昂纳尔带着从「西罗丹糖果店」买的点心来到实验室。

    特斯拉告诉他,两只没有导线连接的线圈之间偶尔出现火花,但实验无法稳定重复,很可能只是附近线路造成的干扰。

    莱昂纳尔问了一句:“声音也没有导线,为什么能从一间屋子传到另一间屋子?”

    特斯拉回答,声音依靠空气振动,电流则需要导体。

    莱昂纳尔随后提到麦克斯韦——虽然他并不会推导麦克斯韦方程,但也知道光、电和磁之间存在联系——

    “既然光能够离开灯,电会不会也能离开铜线?不是让电流凭空跑过去,而是像水面上的波纹一样,把变化送过去。”

    莱昂纳尔说完以后拿过铅笔,在实验簿上画了一张图——这张图现在就在勒内·塔通和阿明·赫尔曼面前。

    图的左边是一只歪斜的线圈,上面画着火花;右边是另一只线圈,两个线圈中间画着几道弯曲的线。

    莱昂纳尔在旁边写了一句话和一个问号:电的波?

    接下来的记录中,他又说,两只线圈可能需要“保持同一个步子”——

    “一个人推动秋千,如果在错误的时候用力,秋千只会乱晃;如果每次的时机正确,即使没多用力,秋千也会越摆越高。”

    庞加莱在图画下面留下批注:科学不喜欢比喻,莱昂的说法也并不严密,但关于两个振荡系统周期一致的猜想值得验证。

    皮埃尔·居里建议制作几只大小不同的接收环,比较它们对同一发射线圈的反应。

    特斯拉的批注最不客气:如果实验成功,莱昂一定会说是那些巧克力夹心糖和糖衣杏仁给他的灵感,他每次都这样。

    接下来的记录证明,这场闲聊没有停留在纸面上。

    实验室随后制作了尺寸不同的接收环,改变发射线圈的振荡状态,发现某一尺寸的接收环产生的火花最强。

    接收环尺寸偏大或者偏小,接收效果都会减弱。于是研究人员又移动线圈方向,加入金属屏障,尝试改变反射位置。

    实验多次失败,也出现过错误判断,但整个研究路线已经十分明确:

    他们研究的不再是电流能否隔空引起一次偶然的火花,而是电磁振荡能否以波的形式传播。

    勒内·塔通读完以后,看向阿明·赫尔曼:“你们过去一直说,法国科学院的文件只证明实验日期,不能证明他们找到了什么。”

    阿明·赫尔曼沉默良久,但基于科学精神,他没有回避问题:“这份记录证明他们知道自己在寻找电磁波的传播和谐振。”

    “早于赫兹。”

    “早于赫兹的公开实验。”

    “你每次都要加上‘公开’。”

    “因为这两个字关系到赫兹的荣誉。”

    “今天没有人要抹掉赫兹的荣誉,但全世界都想知道,为什么还要保留两个数值完全相同的单位。”

    阿明·赫尔曼把复印件放回桌面:“法国在1930年的国际电工大会推动Pn成为频率单位时,没有提交这份材料。”

    “那是因为索雷尔先生一直在淡化自己在这些科学发现中的作用……但现在你们看到了。”

    “是啊,现在看到了……”阿明·赫尔曼说完后,叹了口气。

    勒内·塔通没有继续逼问,阿明·赫尔曼愿意当场承认这一点,已经比法国代表团预计得更加干脆。

    德国长期主张,赫兹研究的是电磁波本身,庞加莱及巴黎团队研究的则是基于电磁波的工程应用。

    频率是普遍物理量,不应由于法国在无线通信上的工业优势而以庞加莱命名;新公开的材料却表明庞加莱清楚自己的工作。

    更重要的是,莱昂纳尔那张拙劣的草图与正式研究之间存在连续关系,并不是后人从一堆闲谈中挑出的巧合。

    莱昂纳尔提出“电的波”和“同一个步子”,庞加莱准备计算振荡周期,居里提出比较不同接收环,特斯拉负责制造和调整装置。

    实验结果又推动他们继续研究传播方向、屏障、反射和接收……

    法国科学院的密封备案,证明了巴黎联合实验室完成过什么;1975年公开的日常记录,则证明他们为什么会这样做。

    当天中午,档案馆向记者公布了那张草图的复制件。

    记者最先追问阿明·赫尔曼:

    “您认为这些文件是真的吗?”

    “是真的。”

    “日期是真的吗?”

    “是来自1882年的记录。”

    “莱昂纳尔·索雷尔确实画了这张图?”

    “记录与笔迹都指向他。”

    “巴黎联合电气实验室随后真的按照他的设想研究了电磁波与谐振?”

    “他们研究了电磁振荡的空间传播与选择性接收。按照后来形成的术语,可以这样表述。”

    “这是否证明庞加莱早于赫兹?”

    阿明·赫尔曼回答:“它证明巴黎实验室的研究早于赫兹的公开成果,也证明庞加莱清楚自己正在研究传播、振荡与谐振。

    赫兹仍然拥有独立发现和首先公开系统证明的荣誉。这两件事可以同时成立。”

    法国记者随即问道:“既然如此,德国还有什么理由拒绝Pn?”

    阿明·赫尔曼说道:“这个问题应当由德国标准委员会回答。我只是来阅读档案,不能替政府修改国家标准。”

    回答听起来像是回避,却已经让德国坚持了半个多世纪的强硬立场松动了。

    当天下午公开的另一份来自德国在二战时做的鉴定报告,使争议进一步失去悬念。

    纳粹德国取得这批档案以后,原本想利用它们证明法国科学院夸大巴黎实验室的优先权。

    他们希望重新确立赫兹作为唯一发现者的地位,并借此攻击法国主导的Pn体系。

    但德国人整理完文件,最后得出的结论却不适合公开宣传,因为报告确认,1882年的日常记录与后续的实验连续且一致。

    莱昂纳尔的草图、庞加莱的批注以及特斯拉、居里的实验安排都形成于赫兹研究以前。

    巴黎团队当时已经把这些现象理解为一种能够离开发射电路、在空间中传播并被特定周期接收系统选择的电磁变化。

    报告仍然维护赫兹首先公开证明的地位,却承认法国科学院关于先期研究的主张成立。

    「海因里希·赫兹研究所」的所长卡尔·威利·瓦格纳在报告末尾写了一句话:“法国的材料是真的。遗憾的是,一切都是真的。”

    这句话的书写者是一名参与鉴定的德国科学顾问。

    他显然知道,一旦这些材料公开,德国便很难继续把Pn描述成一场单纯的战胜国政治安排。

    随后德国专家团要求销毁这批资料,但是被第三帝国的最高元首给阻止了,他只说要永久封存这部分资料,而非销毁。

    这位自信满满的奥地利人刚参观完巴黎没多久,认定整个欧洲都将被他统治,到时候修改一个小小的单位名称轻而易举。

    记者把这份报告与莱昂纳尔的涂鸦一起传回各国编辑部。

    法国报纸的标题最热烈,《法兰西晚报》写道:索雷尔先生在1882年就画出了电磁波!实验室档案为Pn提供决定性证据!

    美国报纸把莱昂纳尔称为“能看见电磁波的小说家”;英国报纸则提醒读者,不应因此忽略麦克斯韦的理论和赫兹的公开实验。

    德国报纸面对的问题最难处理,他们再也不能否认文件的真实性,因为前后相隔35年,分别由两个德国人证明了这件事。

    他们也不能继续声称巴黎的实验室只观察到无法解释的偶然火花,因为记录中的研究意图与实验路线都写得清清楚楚。

    《法兰克福汇报》的华盛顿记者将稿件送回编辑部以后,值班编辑拟了几个标题——

    《法国实验早于赫兹》过于简单,容易让读者误以为赫兹抄袭法国,被否决了。

    《索雷尔草图引发新的电磁波争议》又回避了文件已经解决的问题,也不能用。

    最后,总编辑删掉了所有解释,只留下三个词。

    第二天,德国报亭里摆出了印有莱昂纳尔草图的报纸,标题只有:Es stimmt alles(一切都是真的)。

    这三个词并不是宣布自己的科学家赫兹失败了,只是承认德国用了近百年反复质疑的几件事可以进行最终的确认了。

    法国科学院的密封备案是真的,巴黎实验室的先期研究是真的,庞加莱当时已经理解谐振与传播也是真的。

    甚至最容易被当作神话的部分——莱昂纳尔凭着不可解释的直觉,在1882年画出电磁波的草图——也是真的。

    档案公开以后,Pn与Hz并没有立刻完成统一。

    德国物理学会首先发表声明,要求区分“最早秘密研究”与“首先公开证明”。

    法国科学院接受这种区分,但提出频率单位纪念的并非电磁波某一次实验,而是对周期、振荡、谐振和传播的整体研究。

    庞加莱在这些方面的贡献,加上法国科学院保存的优先权文件,足以支持Pn继续作为国际单位使用下去。

    德国标准委员会内部发生了激烈争论。

    老一代工程师认为,Hz已经使用数十年,更改教科书、仪器和技术标准没有实际收益。

    还有人担心,放弃Hz会被法国解读为德国正式承认赫兹败给了庞加莱。

    年轻工程师的意见却更加现实。

    大多数国家使用Pn,计算机、通信、广播和国际电网标准不断累加,德国企业为了出口,就必须在文件中同时标注Pn与Hz。

    保留一个与国际单位数值完全相同、名称却不同的国家单位,只会增加排版、翻译和合同审查成本。

    于是争论又持续了七年。

    1982年,莱昂纳尔画下那张草图整整一百年以后,国际计量大会召开特别会议,处理频率单位长期并存的问题。

    德国代表团在最后一天撤回反对意见,正式决议很快形成,只有很短几行:

    频率的国际单位统一为庞加莱,符号Pn;

    一庞加莱等于每秒一个周期,即1 Pn=1 s⁻¹;

    赫兹不再作为并行法定单位使用,但其名称及符号Hz可在科学史资料和旧式设备说明中保留。

    表决通过以后,法国代表没有鼓掌,德国代表也没有退场。

    各国代表只是按照程序签署决议,把已经使用了近百年的两套名称合为一套。

    会议结束时,阿明·赫尔曼把德文决议递给勒内·塔通:“法国现在可以宣布胜利了。”

    勒内·塔通接过来以后说:“法国报纸当然会这样写。”

    “您呢?”

    “我听过一个关于索雷尔先生的传说,他曾经说过……”

    “你们法国人遇到这种事,总喜欢说这是‘索雷尔先生曾经说过……’”

    “但他真的说过很多。”

    “那这一次他说了什么?”

    “他曾经对特斯拉先生说——你的T和皮埃尔的Ci已经统一世界了,只有亨利的Pn还没有,希望能看到那么一天。”

    阿明·赫尔曼脸色一滞,但最后什么都没说,落寞地转身离开。

    法国和德国之间关于频率命名权的第三次单位战争,结束了。

    (文科生写这玩意儿太费劲儿了,这个番外断断续续写了两个月,每次几百字,今天早上刚完成就发出来了,希望大家不要太挑刺。求一张月票!)
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